電子信息工程課程設(shè)計樣例

1、改進(jìn)型電容三點式振蕩電路設(shè)計系: 通信與電子工程學(xué)院級 : 電子 091名:t=r.號：指導(dǎo)教師 :完成日期： 2012 年 6 月 27 日摘要高頻信號發(fā)生器主要用來向各種電子設(shè)備和電路提供高頻能量或高頻標(biāo)準(zhǔn)信號， 以便測試各種電子設(shè)備和電路的電氣特性。高頻信號發(fā)生器主要是產(chǎn)生高頻正弦振蕩波，故電路主要是由高頻振蕩電路構(gòu)成。振蕩器的功能是產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的信號源，廣泛應(yīng)用于各類電子設(shè)備中。為此,振蕩器是電子技術(shù)領(lǐng)域中最基本的電子線路 ,也是從事電子技術(shù)工作人員必須要熟練掌握的 基本電路。本次課設(shè)設(shè)計了改進(jìn)型電容三點式高頻振蕩器， 介紹了設(shè)計步驟， 比較了各種設(shè) 計方法的優(yōu)缺點，總結(jié)了不同振蕩器的性能

2、特征。使用 Protel2004DXP制作PCB板。 使用實驗要求的電源和頻率計進(jìn)行驗證，實現(xiàn)了設(shè)計目標(biāo)。關(guān)鍵詞：電容三點式、西勒電路、ProteI、印制電路板10第一章實驗原理1.1振蕩的原理三點式LC正弦波振蕩器的組成法則（相位條件）是：與晶體管發(fā)射極相連的兩個電抗元件應(yīng)為同性質(zhì)的電抗，而與晶體管集電極一基極相連的電抗元件應(yīng)與前者性質(zhì)相反。圖1-1所示為滿足組成法則的基本電容反饋LC振蕩器共基極接法的典型電路。當(dāng)電路參數(shù)選取合適，滿足振幅起振條件時，電路起振。當(dāng)忽略負(fù)載電阻、晶體管參數(shù)及分布電容等因素影響fo，即(1)時，振蕩頻率fosc可近似認(rèn)為等于諧振回路的固有振蕩頻率f _ 1fos

3、c = i2 兀 Jlc式中C近似等于G與G的串聯(lián)值L圖1-1電容反饋LC振蕩器由圖1-1所畫出的分析起振條件的小信號等效電路如圖1-2所示。由圖1-2分析可知，振蕩器的起振條件為:(3), g eRl / R.01re1 1 gm A (g L +g e) = g L + ng e nnReo為LC振蕩回路的等效諧振電阻;電路的反饋系數(shù)kfCi=n Ci +C2由式（3）看出，由于晶體管輸入電阻re對回路的負(fù)載作用，反饋系數(shù)kf并不是越大越容 易起振，反饋系數(shù)太大會使增益 A降低，且會降低回路的有載 Q值，使回路的選擇性變差,振蕩波形產(chǎn)生失真，頻率穩(wěn)定性降低；所以，在晶體管參數(shù)一定的情況下，

4、可以調(diào)節(jié)負(fù)載和 反饋系數(shù)，保證電路起振。kf的取值一般在0.1 0.5之間。圖1所示的振蕩器，由于晶體管各電極直接和振蕩回路元件L、G、C2并聯(lián)，而晶體管 的極間電容（主要是結(jié)電容）又隨外界因素（如溫度、電壓、電流等）的變化而變化，因此 振蕩器的頻率穩(wěn)定性不夠高。為了提高振蕩器的頻率穩(wěn)定性，實際中更多的采用能夠減小晶 體管與回路之間耦合的改進(jìn)型電容反饋振蕩器。1.2電容三點式振蕩器由圖可見：與發(fā)射極連接的兩個電抗元件為同性質(zhì)的容抗元件Cl和C2;與基極和集電極連接的為異性質(zhì)的電抗元件L,根據(jù)前面所述的判別準(zhǔn)則，該電路滿足相位條件。其工作過程是：振蕩器接通電源后，由于電路中的電流從無到有變化，將

5、產(chǎn)生脈動信號，因任一脈沖信號包含有許多不同頻率的諧波，因振蕩器電路中有一個LC諧振回路，具有選頻作用，當(dāng)LC諧振回路的固有頻率與某一諧波頻率相等時，電路產(chǎn)生諧振。雖然脈動的信號 很微小，通過電路放大及正反饋使振蕩幅度不斷增大。當(dāng)增大到一定程度時，導(dǎo)致晶體管進(jìn) 入非線性區(qū)域，產(chǎn)生自給偏壓，使放大器的放大倍數(shù)減小，最后達(dá)到平衡，即AF=1，振蕩幅度就不再增大了。于是使振蕩器只有在某一頻率時才能滿足振蕩條件，于是得到單一頻率的 振蕩信號輸出。該振蕩器的振蕩頻率 f 0為:反饋系數(shù)F為:若要它產(chǎn)生正弦波，必須滿足 F= 1/2-1/8，太小不容易起振，太大也不容易起振。一個 實際的振蕩電路，在F確定之

6、后，其振幅的增加主要是靠提高振蕩管的靜態(tài)電流值。但是如 靜態(tài)電流取得太大，振蕩管工作范圍容易進(jìn)入飽和區(qū)，輸出阻抗降低使振蕩波形失真，嚴(yán)重 時，甚至使振蕩器停振。所以在實用中，靜態(tài)電流值一般I cc=0.5mA-4mA電容三點式振蕩器的優(yōu)點是：1）振蕩波形好。2）電路的頻率穩(wěn)定度較高。工作頻率可 以做得較高，可達(dá)到幾十MHz到幾百M(fèi)HZ的甚高頻波段范圍。電路的缺點：振蕩回路工作頻率的改變，若用調(diào)Ci或C2實現(xiàn)時，反饋系數(shù)也將改變。使振蕩器的頻率穩(wěn)定度不咼。第二章 改進(jìn)型電容二點式振蕩電路設(shè)計電容三點式課分為三種：考畢茲振蕩器、克拉潑振蕩器、西勒振蕩器。2.1考畢茲振蕩器電容三點式振蕩器（又稱考畢

7、茲振蕩器）如圖 2-1所示。a.伽F；-G1 - InF h _= d IG21Q11nFG6tOOpF :G3dl-lOflnF2.-一r .7 C3 - J, p z 1:ikvi:1 -1J VT-圖2-1考畢茲振蕩計算振蕩器的頻率R25.1 kQ：R4 .v出例 12 V/Civ比例5 V/DivXf!ZS ovfiS |oY位置opF 加載 b/a| fl/&lAC I 0 I DC&AC 0 I DC J逋道0.000V Z290V Z290VT1 4T2 V42?時間 0OQb 2.000 US 2.(BQ USExt- Triggerr邊沿rr仝jfT B H刮 電平 |o T

8、 V類型W標(biāo)準(zhǔn)自動I無I圖2-2考畢茲振蕩器輸出信號波形2.2串聯(lián)型改進(jìn)電容三端式振蕩器（克拉潑電路）電容三點式改進(jìn)型“克拉潑振蕩器”如圖2-3所示。：；：L2 :r 300uHG5tOnF：:4 G4 i1W：ZLvi:二儘VLRIS&GkQ :R3 JkQ :pcsG7Q1 G1 :4：tOOpF：:云誥%伽IKey=A *G3豐TnF2M2222AR2 - JR4 - ?4kQ lkO；:圖2-3克拉潑振蕩電路電路特點是在共基電容三點式振蕩器的基礎(chǔ)上，用一電容C3,串聯(lián)于電感L支路。功用主要是以增加回路總電容和減小管子與回路間的耦合來提高振蕩回路的標(biāo)準(zhǔn)性。使振蕩頻率的穩(wěn)定度得以提高。T1

9、 4- +T2可！時間 OhOOO s 0.000 s lO.OCM s通道 0*000 V 0-000V Q.OOOiVW_a保存Ext. Trigger時間釉通道AiS道B1廠比例 llOOns/Div比例1 V/Drv1- 比例h忡邊沿 Jr T )1 hA a 1外部0f恆置|oyM |o電平|oVvyr 加載 b/aIa/bIAc| 1 |dC AC 0= （3-10） fo （fo為振蕩器的中心 頻率）。fT高則管子的高頻性能好，晶體管內(nèi)部相移小，有利于穩(wěn)頻。在高頻工 作時，振蕩器的增益仍較大，易于起振。本次課設(shè)選用9014 NPN型號的晶體管, 滿足了振蕩器的頻率和功率要求。3.

10、2.4振蕩回路元件的確定回路中的各種電抗元件都可歸結(jié)為總電容 C和總電感L兩部分。確定這些 元件參量的方法，是根據(jù)經(jīng)驗先選定一種，而后按振蕩器工作頻率再計算出另一 種電抗元件量。從原理來講，先選定哪種元件都一樣，但從提高回路標(biāo)準(zhǔn)性的觀 點出發(fā)，以保證回路電容 Cp遠(yuǎn)大于總的不穩(wěn)定電容Cd原則，先選定Cp為宜。 若從頻率穩(wěn)定性角度出發(fā)，回路電容應(yīng)取大一些，這有利于減小并聯(lián)在回路上的1/81/2。晶體管的極間電容等變化的影響。但 C不能過大，C過大，L就小，Q值就會降 低，使振蕩幅度減小，為了解決頻穩(wěn)與幅度的矛盾，通常采用部分接入。反饋系 數(shù)F=C1/C2，不能過大或過小，適宜因振蕩器的工作頻率為

11、：fo當(dāng)LC振蕩時，fo=4MHz本電路中，貝U回路的諧振頻率2 兀 7LCL = 10 卩 Hfo主要由C4、C6決定，即1 1f = ,2 兀 JLC2兀 JLG+CJ1C4 +C6 = 157 pff L取 C4 =75pf，C6=82pf，因要遵循 C2，C3C4,C6，C2/C3=1/81/2 的條件, 故取 C2=680pf,則 C3=680pf。對于晶體振蕩，只需和晶體并聯(lián)一可調(diào)電容進(jìn)行微調(diào)即可。為了盡可能地減小負(fù)載對振蕩電路的影響，振蕩信號應(yīng)盡可能從電路的低阻抗 端輸出。例如發(fā)射極接地的振蕩電路，輸出宜取自基極；如為基級接地，則應(yīng)從 發(fā)射極輸出。3.3印制PCB電路板使用Pro

12、tel2004DXP完成原理圖的設(shè)計之后，可以生成 PCB電路板，本電 路板采用自動布線設(shè)計，C2C?3-2。C5C1C3R5圖3-2PCB圖C6L1【331轉(zhuǎn)印、腐蝕、焊接電路板在Protel中選擇：文件頁面設(shè)置高級top Overlay隱藏所有元件。將生成的線路圖（圖3-3）按照1： 1的比例打印在轉(zhuǎn)印紙上。使用熱轉(zhuǎn)印機(jī)將圖3-3印制在環(huán)氧樹脂銅箔板上，使用FeCI3溶液進(jìn)行腐蝕。 腐蝕之后按照焊點打孔，之后按照元件位置焊接相應(yīng)元件。第四章 結(jié)論按照 PCB 電路板相應(yīng)的位置接入 +12V 電源，在 C7 的一端接頻率計，觀察 頻率計的讀數(shù)，可發(fā)現(xiàn)振蕩頻率在 3.84.2MHz 附近浮動，

13、在誤差允許范圍內(nèi)符 合本電路設(shè)計的 4MHz 的設(shè)計要求。振蕩電路接通電源后， 有時不起振， 或者在外界信號強(qiáng)烈觸發(fā)下才起振 （硬 激勵），在波段振蕩器中有時只在某一頻段振蕩，而在另一頻段不振蕩等。所有 這些現(xiàn)象無非是沒有滿足相位平衡條件或振幅平衡條件。如果在全波段內(nèi)不振 蕩，首先要看相位平衡條件是否滿足。 對三端振蕩電路要看是否滿足對應(yīng)的相位 平衡判斷標(biāo)準(zhǔn)。此外，還要在振幅平衡條件所包含的各種因素中找原因。1、靜態(tài)工作點選的太小。2、電源電壓過低，使振蕩管放大倍數(shù)太小。Q 值太低。3、負(fù)載太重，振蕩管與回路間耦合過緊，回路4、回路特性阻抗P或介入系數(shù)pee太小，使回路諧振阻抗 RO太低。kf

14、 并非越大越好，應(yīng)適當(dāng)這多半是在用調(diào)整回路電 下降，致使寫真阻抗降低5、反饋系數(shù) kf 太小，不易滿足振幅平衡條件。但 選取。有時在某一頻段內(nèi)高頻端起振， 而低頻端不起振， 容來改變振蕩頻率的電路中，低端由于 C 增大而 L/C 所起。反之，有時低端振高端不振，原因可能有：1、選用晶體管 fT 不夠高。2、管的電流放大倍數(shù)P太小。1社2345參考文獻(xiàn)謝自美 主編，電子線路設(shè)計實驗測試 第三版，華中科技大學(xué)出版 楊翠娥主編，高頻電子線路實驗與課程設(shè)計 ，哈爾濱工程大學(xué)出版社 何中庸譯，高頻電路設(shè)計與制作 ，科學(xué)出版社主編：謝沅清模擬電子線路n出版社：成都電子科大主編： Reinhold Ladwig ， Radio Frequency Circuit Desigh Theory andAplication ，出版或修訂時間： 2001年致謝通信電子線路的課程設(shè)計比較難， 所花的時間和精力較多， 而且對于通信電 子線路電路來說， 經(jīng)驗起很大的幫助作用， 因此設(shè)計制作的過程中， 多問老師是 大有裨益的， 尤其是問經(jīng)驗豐富的實驗老師， 一般我們碰到的問題都能解決。 另 外，應(yīng)該多花一些時間，這樣才能保證質(zhì)量的前提下很好完成任務(wù)。通過這次設(shè)計讓我更好的掌握了常用元件的識